Spécification Géométrique des Produits

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DC6 Technologie des systèmes Spécification Géométrique des Produits Frédéric Poulet 1 / 8 TSI Eiffel Dijon Cotation GPS Spécification Géométrique des Produits 1 BESOIN SATISFAIT PAR LA COTATION FONCTIONNELLE ............................................ 2 2 TOLERANCEMENT DIMENSIONNEL .......................................................................... 2 2.1 TOLERANCES GENERALES ................................................................................................................................................. 2 2.2 COTES ENCADREES ......................................................................................................................................................... 2 2.3 LES AJUSTEMENTS .......................................................................................................................................................... 3 2.3.1 Cotation des alésages .............................................................................................................................. 3 2.3.2 Cotation des arbres ................................................................................................................................. 3 2.3.3 Les ajustements ....................................................................................................................................... 3 2.4 EXIGENCE DE LENVELOPPE ............................................................................................................................................... 4 3 TOLERANCEMENT GEOMETRIQUE ........................................................................... 4 3.1 TOLERANCES DE FORME ................................................................................................................................................... 4 3.2 TOLERANCES DORIENTATION............................................................................................................................................ 5 3.3 TOLERANCES DE POSITION ................................................................................................................................................ 5 4 APPLICATIONS......................................................................................................... 6 5 QUALIFICATION DU PRODUIT .................................................................................. 8 5.1 METROLOGIE ................................................................................................................................................................ 8 5.2 LES MACHINES A MESURER TRIDIMENSIONNELLES (MMT) ....................................................................................................... 8 Cotation GPS de l’arbre primaire d’une boite de vitesses Peugeot Citroën

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Frédéric Poulet 1 / 8 TSI Eiffel Dijon

Cotation GPS Spécification Géométrique des Produits

1 BESOIN SATISFAIT PAR LA COTATION FONCTIONNELLE ............................................ 2

2 TOLERANCEMENT DIMENSIONNEL .......................................................................... 2

2.1 TOLERANCES GENERALES ................................................................................................................................................. 2 2.2 COTES ENCADREES ......................................................................................................................................................... 2 2.3 LES AJUSTEMENTS .......................................................................................................................................................... 3

2.3.1 Cotation des alésages .............................................................................................................................. 3 2.3.2 Cotation des arbres ................................................................................................................................. 3 2.3.3 Les ajustements ....................................................................................................................................... 3

2.4 EXIGENCE DE L’ENVELOPPE ............................................................................................................................................... 4

3 TOLERANCEMENT GEOMETRIQUE ........................................................................... 4

3.1 TOLERANCES DE FORME ................................................................................................................................................... 4 3.2 TOLERANCES D’ORIENTATION ............................................................................................................................................ 5 3.3 TOLERANCES DE POSITION ................................................................................................................................................ 5

4 APPLICATIONS......................................................................................................... 6

5 QUALIFICATION DU PRODUIT .................................................................................. 8

5.1 METROLOGIE ................................................................................................................................................................ 8 5.2 LES MACHINES A MESURER TRIDIMENSIONNELLES (MMT) ....................................................................................................... 8

Cotation GPS de l’arbre primaire d’une boite de vitesses Peugeot Citroën

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1 BESOIN SATISFAIT PAR LA COTATION FONCTIONNELLE

La spécification géométrique des produits (GPS : Geometrical Product Specification) permet de définir la cotation fonctionnelle d’une pièce s’intégrant dans un assemblage complet. La norme ISO 17450-1:2011 définit les concepts fondamentaux du système GPS, afin de fournir un langage GPS non ambigu, destiné à être utilisé par la conception, la fabrication et le contrôle.

Son objectif est d’établir les tolérances (défauts admissibles) de forme (planéité, cylindricité…), d’orientation (parallélisme, perpendicularité…), et de position (localisation, coaxialité, symétrie…) ; ainsi que les tolérances dimensionnelles de la pièce.

Principe d’indépendance : Chaque exigence dimensionnelle ou géométrique spécifiée sur un dessin doit être respectée en elle-même, indépendamment des autres exigences. (Sauf indication particulière précisée).

2 TOLERANCEMENT DIMENSIONNEL

Une tolérance linéaire limite uniquement les dimensions locales réelles (distance entre deux points di = AiBi), mais pas ses écarts de forme. Une pièce sera donc conforme si la valeur prise par chacune des dimensions locales di se trouve à l'intérieur de l'intervalle de tolérance.

Remarque : Toutes les cotes liées à un modèle de définition doivent obligatoirement être tolérancées.

2.1 Tolérances générales Afin d’éviter l’écriture d’un nombre trop important de spécifications dans un modèle de définition, on utilise des tolérances générales. Par exemple dans le cadre de pièces usinées la norme utilisée est la norme : ISO 2768 mK.

ISO 2768 : tolérances générales ISO 2768 ;

m, classe de précision pour les dimensions : intervalle de tolérance (IT) moyen. Dans le cas de pièces usinées, il existe f (IT fin), c (IT large) et v (IT très large) ;

K, classe de précision pour les tolérances géométriques : IT (moyen). Il existe également H (IT fin) et L (IT large).

Les tolérances plus élevées ne seront indiquées que si le coût de fabrication est diminué de façon significative.

2.2 Cotes encadrées Une cote encadrée est l’indication graphique d’une « dimension théorique exacte ». Une cote théorique exacte définit la position, l’orientation ou le profil théorique exact d'un élément et celui-ci sera tolérancé par l’intermédiaire d’une ou plusieurs spécification(s) géométrique(s).

27,275 : cote théorique exacte tolérancée par une localisation

de 0,1 mm par rapport à A (lui-même référencé par rapport à B) Entretoise du

pignon moteur bdv

CONCEVOIR SPECIFIER

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2.3 Les ajustements Afin d’éviter d’alourdir inutilement les plans cotés avec des intervalles de tolérance, on associe à certaines cotes un code d’une lettre et d’un chiffre ; positionnant ainsi la surface par rapport à une cote nominale. 2.3.1 Cotation des alésages

Exemple du diamètre intérieur de l’entretoise : φ 25,043 H7 φ 25 : diamètre nominal de la pièce en mm H : permet d’indiquer où sera placée la cote réelle par rapport à la cote nominale 7 : désigne la qualité de la fabrication. Plus le chiffre est petit (5 à 13), plus l’IT sera faible (dépend de la cote nominale) mais plus le coût de réalisation sera élevé.

2.3.2 Cotation des arbres

Exemple du diamètre extérieur de l’entretoise : φ 32 g6 φ 32 : diamètre nominal de la pièce en mm g : permet d’indiquer où sera placée la cote réelle par rapport à la cote nominale 6 : désigne la qualité de la fabrication. Plus le chiffre est petit (5 à 13), plus l’IT sera faible (dépend de la cote nominale) mais plus le coût de réalisation sera élevé.

2.3.3 Les ajustements On appelle ajustement le regroupement des tolérances de l’arbre et de l’alésage en contact. De manière classique, on ajuste l’arbre en fonction d’une position de l’alésage référencée en H. les arbres étant moins complexes à réaliser que les alésages.

Exemple : φ 50 H7 g6 ajustement glissant

φ 50 H7 s6 ajustement serré

Φ 32 g6 Ecriture équivalente :

IT = 0,016 mm Diamètre mini accepté = φ 31,975 mm Diamètre maxi accepté = φ 31,991 mm

Extrait de catalogue

Φ 25,043 H7 Ecriture équivalente :

IT = 0,021 mm Diamètre mini accepté = φ 25,043 Diamètre maxi accepté = φ 25,064

Extrait de catalogue

Extrait de catalogue

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2.4 Exigence de l’enveloppe D’après le principe de l’indépendance, une spécification dimensionnelle ne limite pas le défaut de forme de l’élément spécifié. Sur la figure ci-dessous, on voit que la pièce peut être considérée comme bonne du point de vue dimensionnel si toutes les valeurs prises par les dimensions locales (bipoints) se trouvent dans l’intervalle de tolérance, mais que le défaut de forme peut être très grand. Si l’une des fonctions de cet épaulement est de pouvoir accueillir un alésage, le concepteur du produit pourra donc, en plus, indiquer sur le dessin de définition qu’il désire limiter le défaut de forme de cet alésage par une exigence d’enveloppe.

L’exigence d’enveloppe est indiquée par le symbole E à la suite de la tolérance linéaire, et signifie que l’enveloppe parfaite au maximum de matière ne doit pas être dépassée.

Pour φ 120 h7 E : Cela signifie que pour que la pièce soit conforme, il faudra que : - les valeurs prises par les dimensions locales se trouvent dans l’intervalle de tolérance, - l’arbre spécifié ne devra jamais dépasser un cylindre parfait de diamètre 120 mm (état du diamètre du calibre considéré au maximum de matière).

3 TOLERANCEMENT GEOMETRIQUE

Les tolérances géométriques limitent les écarts admissibles de l’élément réel (non idéal) par rapport à sa forme, son orientation et sa position en définissant une zone de tolérance à l’intérieure de laquelle l’élément doit être compris. Une tolérance géométrique peut comporter :

3.1 Tolérances de forme Les spécifications de forme sont intrinsèques à l’élément tolérancé (la planéité d’une surface par exemple est indépendante des autres surfaces de la pièce). Elles ne peuvent donc pas faire appel à un ou plusieurs éléments de référence. Ces spécifications dépendent de la forme des zones de contact à coter.

Spécifications de forme pour une surface

Cas particuliers Cas généraux

Rectitude Planéité Circularité Cylindricité Profil d’une ligne Profil d’une

surface

Mesure au comparateur, à la colonne de mesure, à la machine à mesurer tridimensionnelle (mmt)

Mesure à la mmt Mesure à la mmt

Spécifications d’un flasque d’une pompe doseuse

Roue en bronze bdv Symbole de la caractéristique géométrique

Une ou des références spécifiées (A fait référence à l’axe du cylindre (et non pas au cylindre lui-même) car sa cote est décalée)

Un élément tolérancé (désigné par la flèche)

Valeur de la tolérance (précédée de φ si la zone de tolérance est circulaire ou cylindrique

Enveloppe de forme parfaite à la dimension au maximum de matière

Φ 1

20

Φ 1

20

Φ 1

19,9

90

Φ 1

19,9

80

Φ 1

19,9

65

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Exemple d’interprétation d’une tolérance de cylindricité : Zone de tolérance : espace compris entre 2 cylindres C1 et C2 théoriques coaxiaux dont la différence des rayons est de t = 0,08 mm. Condition de conformité : la surface réelle tolérancée doit être située dans la zone de tolérance.

3.2 Tolérances d’orientation Une tolérance d’orientation d’un élément est donnée obligatoirement par rapport à un autre élément pris comme référence.

Symboles

Signification Parallélisme Perpendicularité Inclinaison Profil d’une ligne Profil d’une

surface

Exemple d’interprétation d’une tolérance de perpendicularité :

Zone de tolérance : cylindre théorique de diamètre « to » (tolérance d’orientation restrictive indiquée sur une partie du document) perpendiculaire à la référence spécifiée A. Condition de conformité : la ligne médiane du cylindre réel doit être située dans la zone de tolérance.

3.3 Tolérances de position La localisation théorique de l’élément est définie, par rapport au système de référence, au moyen de cotes encadrées. Remarque : une cote encadrée est l’indication graphique d’une « dimension théorique exacte ». Une dimension théorique exacte définit la position, l’orientation ou le profil théorique exact d’un élément. La zone de tolérance est répartie également de part et d’autre de cette position théorique exacte.

Symboles

Signification Localisation Coaxialité

Concentricité Symétrie Profil d’une ligne

Profil d’une surface

0,08 φ

Surface réelle tolérancée Référence spécifiée A

Surface de référence

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Exemple d’interprétation d’une tolérance de localisation : Zone de tolérance : espace compris entre 2 plans distants de 0,05 mm et dont le plan médian se situe à 39,975 mm de la référence spécifiée B. le plan B est lui-même référencé par rapport à A. Condition de conformité : la surface réelle tolérancée doit être située dans la zone de tolérance.

4 APPLICATIONS

Tableau à compléter pour chaque spécification

Tolérancement normalisé Analyse d’une spécification par zone de tolérance

Eléments non idéaux Eléments idéaux

Elément(s) tolérancé(s)

Elément(s) de référence

Référence(s) spécifié(s)

Zone de tolérance

Extraits du dessin de définition décrivant entièrement les spécifications

Unique-groupe Unique-multiple Simple-commune-

système Simple-

composée

Contraintes d’orientation et/ou position

par rapport à la référence

Q1. Compléter les informations pour les spécifications entourées :

Unique ligne réelle associé à une surface réputée cylindrique (cylindre coté φ32 g6)

Unique ligne associée à la surface réputée cylindrique correspondant à l’alésage intérieur de l’entretoise (φ25,043 H7)

Simple Axe idéal définissant le centre du cylindre intérieur de l’entretoise (axe du cylindre contraint tangent du côté libre de matière)

Simple Cylindre de diamètre 0,07 mm autour de l’axe idéal référencé

Contrainte de position : coaxialité

Unique Ligne réelle associé à une surface réputée cylindrique

Multiple C : surface primaire supposée plane A : surface secondaire supposée plane

et à C

B : idem et à C et A

Système C : plan idéal contraint tangent du coté libre matière A : plan idéal orthogonal à C, contraint tangent du côté libre matière B : idem

Simple Pavé de côté 0,02 mm débou-chant

Contrainte de position : localisation Le centre du pavé est positionné à 10 mm de B et à 5 mm de A (A et B étant référencés par rapport à C) L’axe réel doit être compris dedans.

0,05

0,02

5

0,02

5

39,9

75

Entretoise du pignon moteur bdv

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Q2. Colorier les surfaces de références présentes sur ce plan. Q3. Justifier la présence de nombreuses spécifications de concentricité. Pièce en rotation (guidage liaison pivot) avec des roues dentées usinées sur l’arbre qui vont devoir s’engréner avec d’autres roues. Q4. Repérer les zones d’implantation des 2 roulements à rouleaux coniques qui serviront à guider l’arbre primaire dans le carter. Correspondent à la surface de référence A. Q5. Estimer de manière qualitative le type d’ajustement mis en place entre l’arbre primaire et la bague intérieure du roulement.

φ 25 M6 n6 ajustement serré

φ 25

au mini : 25 – 25,015 = -0,015 mm (serrage) au maxi : 24,987 – 25,028 = -0,041 mm (serrage)

Cotation GPS de l’arbre primaire d’une

boite de vitesse Peugeot Citroën

Roulement à rouleaux coniques pour le guidage de l’arbre primaire

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5 QUALIFICATION DU PRODUIT

Avant d’être assemblées ou montées sur le système, les pièces fabriquées doivent être contrôlées et qualifiées (validées). Chacune des spécifications dimensionnelles et géométriques doit être vérifiée afin de qualifier le produit. Les opérations de contrôle doivent permettre de définir si la grandeur réelle de l’élément à vérifier est conforme à la valeur exigée. Ex : on utilise un calibre « rentre ou ne rentre pas » qui crée une des informations suivantes :

- la valeur est plus petite que le mini ; - la valeur est dans l’intervalle de tolérance ; - la valeur est plus grande que le maxi.

5.1 Métrologie La métrologie a pour but de définir la valeur de grandeurs physiques avec un degré d’incertitude aussi faible que nécessaire. Un instrument de mesure permet d’établir une relation entre la valeur du mesurande (grandeur faisant l’objet de la mesure) et la valeur lue du résultat de la mesure. La qualité des appareils de mesure peut être caractérisée par :

- la fidélité, caractérise la dispersion des mesures d’une même grandeur (écart type) ; - la justesse, appareil réputé juste lorsque la moyenne d’un grand nombre de mesure est confondue avec la

valeur du mesurande ; - la sensibilité, rapport entre le déplacement de l’indicateur de mesure correspondant à une variation de la

grandeur mesurée ; - la précision, caractérise la qualité globale de l’instrument de mesure.

La précision de la cote à mesurer et celle de l’appareil de métrologie utilisé doivent être liées par un rapport suffisamment grand pour que le résultat de la mesure soit significatif. En sachant que l’appareil de métrologie a dû lui-même être qualifié par un appareil encore plus précis… La norme ISO 14253 définit les règles de décision pour prouver la conformité à une spécification où intervient notamment l’incertitude de mesure du moyen de contrôle utilisé.

5.2 Les machines à mesurer tridimensionnelles (MMT) Les moyens de mesure classiques (pied à coulisse, comparateur, équerre, marbre…) sont aujourd’hui complétés par des techniques de mesure tridimensionnelle qui permettent d’accéder à la géométrie des pièces complexes avec une grande précision et une grande rapidité. Le contrôle en température de ces appareils a permis d’intégrer ces MMT directement dans les ateliers.

Une MMT est constituée de 4 sous-ensembles distincts : - la structure de déplacement, 3 guidages précis en translation ; - le système de palpage, son rôle est de détecter le contact entre le

stylet (palpeur) et la pièce, puis d’envoyer une impulsion au système électronique pour l’enregistrement des coordonnées du point ;

- le système électronique, recevoir les impulsions du stylet, recevoir les ordres de mouvement…

- le système informatique et le pupitre de commande, exécution des gammes de contrôle, traitement des informations…

Pour limiter les déformations, les MMT sont d'allure massive, avec des marbres épais et des guidages à patin aérostatiques.

Précision de l’ordre du m, quelques 1/10e de Newton d’effort (possibilité de palper de très petites pièces sans les déformer). On trouve désormais sur le marché des MMT portables.

MMT Wenzel Allemagne

MMT Hexagon Metrology Suède

Palpeur

MMT optique portable

HandyPROBE